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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken.
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Die Vorrichtung dient zum mechanischen Fügen von zu verbindenden Fügeteilen und besteht in der Regel aus einer Rahmenkonstruktion mit zwei Auslegern, wobei an den Auslegern Fügewerkzeuge befestigt sind. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise im Maschinen- und Fahrzeugbau und in anderen Branchen eingesetzt. Die Bearbeitung der Fügeteile erfolgt in der Regel derart, dass diese mittels eines Niet-, Klebe-, Press- oder Clinschvorganges verbunden werden. Ein weiteres Anwendungsfeld der Vorrichtung ist die Schweißtechnik, insbesondere die Widerstandsschweißtechnik. Die erwähnten Fügewerkzeuge stellen in diesem speziellen Falle Schweißelektroden dar, welche an den Auslegern angeordnet sind, wobei die Ausleger beweglich angeordnet sind und relativ zueinander bewegt werden können. Zwischen den Werkzeugen wird im Rahmen der Bearbeitungsschritte in der Regel ein Bleckpaket als Fügeteil eingeklemmt und durch Einbringung eines Schweißstromes zusammengefügt.
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Für den Antrieb der Ausleger sind beispielsweise elektrische Antriebe vorgesehen, welche die mittels einer Schwenkachse gelagerten Ausleger in Bewegung versetzen können. Die Offenlegungsschrift
DE 103 44 056 B4 beispielsweise zeigt eine Schweißzange mit fixierter Ausgleichsvorrichtung. Die Schweißzange umfasst zwei Schweißzangenschenkel mit jeweils einer Elektrode, welche derart mittels eines Exzenters gekoppelt sind, dass jeder Schweißzangenschenkel eine Bewegung ausführen kann. Weiter sind umfasst Mittel zum Antrieb des Exzenters, wobei das Exenterelement beim Erreichen mindestens eines vorbestimmten Drehwinkels die Schweißzangenschenkel zum Schweißen justiert oder der Exzenter beim Erreichen mindestens eines weiteren vorbestimmten Drehwinkels die Schweißzangenschenkel zum Verfahren der Schweißzangen fixiert. Die Schweißzange ist gedacht zur Verwendung an einem Roboterarm, wobei kein zusätzlicher Ausgleichsantrieb zur Realisierung einer Anstellbewegung an ein zuschweißendes Blech erforderlich ist.
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Die Patentschrift
DE 102 850 062 B4 zeigt eine Schweißzange zum Elektropunktschweißen sowie ein Verfahren zum Steuern des Elektrodenausgleichhubs. Schweißzangen werden üblicherweise zunächst mit einer relativ große Elektrodenöffnungsweite in Richtung eines zu verschweißenden Werkstückes bewegt. Anschließend wird ein noch bestehender Abstand der Gegenelektrode vom Werkstück reduziert, indem die Gegenelektrode mittels eines Ausgleichsantriebs bis zum Anlagekontakt am Werkstück gebracht wird. Diese Bewegung wird als Ausgleichshub bezeichnet. Die hier gezeigte Erfindung arbeitet mit einem Bewegungssensor, der den Ausgleichshub als wegabhängiges Signal erfasst und einer Steuerung zuführt und bei erkanntem Stillstand der Elektrode den Ausgleichsantrieb abschaltet.
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In der
französischen Offenlegungsschrift 2822743 sind ebenfalls zahlreiche Beispiele für die Realisierung von Schweißzangen bzw. Vorrichtungen zur Bearbeitung von Werkstücken gezeigt. In
4 beispielsweise ist gezeigt, wie der Ausgleichsantrieb mittels eines Motors und einer Kurbel realisiert ist. Eine Drehung des Rotors bewirkt hierbei die Drehung der Anordnung um ein zentrales Schwenklager.
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Die Erfindung zeigt eine Möglichkeit auf, wie der Ausgleichsantrieb eines Werkzeughalters alternativ zu den aus dem Stand er Technik bekannten Möglichkeiten realisiert werden kann, wobei die Lösung kostengünstig in der Herstellung und verschleißarm ist.
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Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für umformtechnische Fügeprozesse, insbesondere Clinchen und Stanznieten, sowie thermische Fügeprozesse wie Widerstandspunktschweißen, Widerstandspressschweißen, Handlingprozesse, Prägeprozesse oder Schraub- und Einpressprozesse, wobei zumindest ein am Werkzeughalter angeordnetes Werkzeug mittels einer Betriebskraft an ein Werkstück oder dergleichen anpressbar ist und wobei ein Antriebsmittel zur Bewegung des Werkzeughalters relativ zu dem Werkstück umfasst ist, wobei das Antriebsmittel einen Elektromotor umfasst, an dessen Rotor ein Rotationskörper angeordnet ist, und wobei ein stangenförmiges Element vorgesehen ist, welches mit dem Rotationskörper derart zusammenwirkt, dass das Element bei einer Drehung des Rotationskörpers eine reversierende Bewegung ausführt.
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Vorzugsweise umfasst der Rotationskörper eine Nut, welche spiralförmig um die Drehachse des Rotationskörpers verläuft, wobei ein Abschnitt des stangenförmigen Elementes in die Nut eingreift, so dass das stangenförmige Element eine Bewegung ausführen kann, welche mittels der Nut bewirkt ist, und wobei ein weiterer Abschnitt des Elementes mit dem Werkzeughalter verbunden ist.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass die vom Antrieb ausgeübte Kraft mittels der verfügbaren Länge der Spirale beeinflussbar ist und mittels dieser auch erhöht werden kann. Dadurch kann eine hohe Motor-Kraftübersetzung erzielt und ein relativ kleiner Motor mit geringen Bauraumanforderungen gewählt werden. Im Gegensatz zu dem bekannten Kurbelantrieb führt eine mit dem erfindungsgemäßen Antrieb verbundene bewegliche Masse auch eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit aus, solange der Motor mit konstanter Geschwindigkeit betätigt wird.
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Die lastseitige Ansteuerung wird aufgrund dieses linearen Zusammenhangs vereinfacht, weil die Übersetzung konstant bleibt und somit beim Antriebsregelvorgang für den Motor während des Betriebes des erfindungsgemäßen Werkzeughalters keine sich während der Bewegung ändernde Übersetzung berücksichtigt werden muss.
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Durch die mittels der Erfindung hohe erzielbare Übersetzung kann außerdem eine gegebenenfalls vorhandene Motorbremse kleiner und kompakter realisiert werden.
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Insgesamt ermöglicht es die Erfindung bei gleichem Drehmoment den Arbeitsweg zu verlängern und somit die Leistung zu steigern. Mittels der Verwendung der Erfindung können im Gegensatz zu Kurbeltrieben auch mehrere Abtriebsumdrehungen durchgeführt werden, was die Flexibilität bei der Motoransteuerung erhöht.
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Die Erfindung ermöglicht eine einfache Adaptierung der Übersetzung, wobei bei steigenden Anforderungen an die auszuübende Kraft nicht zwingend auch die Motorgröße verändert werden muss. Lösungen, die sich im Laborversuch bei identischen Baugrößen als zu leistungsschwach erwiesen haben, wie beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannte Kurbeltriebe, können durch die Erfindung preiswert ersetzt werden. Damit wird es Herstellern von erfindungsgemäßen Werkzeughaltern unter anderem ermöglicht den von den Automobilherstellern vorgegebenen strengen Bauraumbeschränkungen leichter gerecht zu werden.
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Eine Kapselung der Anordnung zum Schutz der Anordnung ist zu bevorzugen. In die Kapselung sollten Schmierstoffe eingebracht, um einem vorzeitigen Verschleiß der Anordnung vorzubeugen.
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Querkräfte (Fliehkräfte) können bei Schwenkbewegungen von Robotern, welche die erfindungsgemäße Anordnung tragen, oder beim Öffnen/Schließen von Schweißzangen auftreten. Vorzugsweise umfasst die Erfindung auch eine Anordnung zum Abfangen von Querkräften, um den durch diese Kräfte bedingten vorzeitigen mechanischen Verschleiß zu minimieren.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Werkzeughalter um eine Schweißzange, insbesondere um eine Schweißzange mit im wesentlichen C-förmigem Grundriss. Diese Zangen sind in der Regel weniger ausbalanciert als beispielsweise Zangen mit X-förmigem Grundriss, so dass ein Ausgleichsantrieb im ungünstigsten Falle eine größere Masse handhaben muss und ohne die erfindungsgemäße Lösung dementsprechend leistungsfähigere Motoren eingesetzt werden müssten.
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Vorzugsweise ist eine erste und eine zweite Linearführung vorgesehen, wobei zumindest ein Werkzeug mittels der ersten Linearführung beweglich angeordnet ist und wobei die zweite Linearführung zur Führung des gesamten Werkzeughalters oder zur Führung einer Teileinheit des Werkzeughalters bestimmt sein kann. Besonders bevorzugt ist mittels des Antriebsmittels oder eines weiteren Antriebsmittels auch eine lineare Bewegung des der Werkzeughalters entlang der zweiten Linearführung realisiert. Dies erhöht die mechanische Belastbarkeit der Anordnung und die Präzision der ausführbaren Bewegungen.
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Alternativ kann es sich bei dem Werkzeughalter auch um eine Schweißzange, insbesondere mit im wesentlichen X-förmigem Grundriss handeln. Hierbei ist dann ein erstes und ein zweites Werkzeug vorgesehen, welche beide um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert sind, wobei mittels des Antriebsmittels eine Schwenkbewegung des Werkzeughalters um diese Schwenkachse realisierbar ist. Auch bei dieser Art der Schweißzangen greifen die erfindungsgemäßen Vorteile wie weiter oben erläutert. Gleiches gilt auch für Schweißzangen mit im wesentlichen L-förmigen Grundriss.
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1 zeigt die prinzipielle Funktionsweise der Erfindung auf.
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2 zeigt den erfindungsgemäßen Ausgleichsantrieb.
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3 zeigt eine C-förmige Zange mit erfindungsgemäßer Scheibe.
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4 zeigt eine X-förmige Zange mit erfindungsgemäßer Scheibe.
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Das Bezugszeichen 1 in 1 kennzeichnet eine bewegte Masse 1, beispielsweise eine Schweißzange 1. Diese Masse 1 ist mittels eines Hebelarmes 5 mit einer Kurvenrolle 2 verbunden, welche Kurvenrolle 2 innerhalb einer spiralförmigen Laufnut 3 angeordnet ist, welche Laufnut 3 innerhalb einer rotierenden Scheibe 6 eingebracht ist.
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Diese als Spiraltrieb realisierte Scheibe 6 wird fest mit einer Motorwelle (nicht gezeigt) verbunden und kann dieselbe rotierende Bewegung wie die Motorwelle ausführen. In der gezeigten Anordnung wird die Kurvenrolle 2 in horizontaler Richtung je nach Winkellage des Spiraltriebes hin und her bewegt. Selbstverständlich könnte neben einer horizontalen Bewegungsrichtung auch jede andere Bewegungsrichtung realisiert werden, so dass beispielsweise eine vertikale Bewegungsrichtung oder jede zwischen der vertikalen und der horizontalen Bewegungsrichtung liegende Bewegungsrichtung realisiert ist.
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Da die Masse 1 mit der Kurvenrolle 2 mittels des Hebelarmes 5 fest verbunden ist, führt die Masse 1 eine reversierende Bewegung aus. Um die Präzision dieser Massenbewegung zu erhöhen, ist eine vorzugsweise lineare Führung 4 für die Masse vorgesehen.
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2 zeigt die aus 1 bekannte Anordnung als perspektivische Konstruktionszeichnung, wobei zusätzlich der Antriebsmotor 7 gezeigt ist, dessen Abtrieb mit der Scheibe 6 verbunden ist. Der Motor kann in beide Richtungen rotieren und den Hebelarm 5 (Zug- bzw. Schubstange) somit auch in zwei verschiedene Richtungen bewegen (reversierende Bewegung). Bei dem Motor 7 kann es sich beispielsweise um einen Synchronmotor 7 handeln, welcher an einem 3-phasigem Netz betrieben wird. Die anzutreibende Masse ist in 2 nicht gezeigt. Die Kurvenrolle 2 und die Laufnut 3 sind in 2 ebenfalls gezeigt.
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Das Gehäuse der Scheibe 6 umfasst auch eine Vorrichtung zum Abfangen von Querkräften. Diese Vorrichtung besteht aus einer Verlängerung des Hebelarmes 5. Für diese Verlängerung 5 sind Führungen 8 an dem Gehäuse der Scheibe 6 vorgesehen, welche den Hebelarm 5 führen, so dass er die reversierende Bewegung ausführen kann.
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Die in 3 gezeigte C-Zange 1 zeigt alle Merkmale einer aus dem Stand der Technik bekannten C-Zange. Zusätzlich ist die erfindungsrelevante Scheibe 6 mit innen liegender spiralförmiger Nut 3 sowie mit Kurvenrolle 2 und Hebelarm 5 gezeigt. Ein Schlitten 4 dient zur Führung zumindest einer Teileinheit der C-Zange. Der Motor 7 für den Ausgleichsantrieb ist ebenfalls gezeigt.
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Die in 4 gezeigte X-Zange 1 umfasst alle Merkmale von aus dem Stand der Technik bekannten X-Zangen. Zusätzlich ist die erfindungsrelevante Scheibe 6 mit Innen liegender spiralförmiger Nut 3 sowie mit Kurvenrolle 2 und Hebelarm 5 gezeigt. Der Motor ist nicht sichtbar, weil er durch andere Komponenten der Schweißzange verdeckt ist. Es ist auch eine erste Aufhängungen 9 und zweite Aufhängung 10 für das Gehäuse der Scheibe 6 vorgesehen, damit das Gehäuse und die Scheibe 6 den Bewegung der Zange 1 folgen können.
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Die 3 und 4 machen deutlich, dass der Bauraum an diesen Zangen 1 sehr begrenzt ist und eine Herstellung kompakter und möglichst klein bauender Zangen nur dann realisierbar ist, wenn die antriebsseitigen Komponenten auch wenig Bauraum beanspruchen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10344056 B4 [0003]
- DE 102850062 B4 [0004]
- FR 2822743 [0005]
